진핵세포 진화의 잃어버린 고리가 발견되다

[사이언스 데일리] 생물학자들이 복잡한 생명체 진화의 잃어버린 고리를 대표하는 새로운 미생물을 찾아냈다. 이번 연구는 수십억년 전에 어떻게 식물과 균류, 그리고 동물과 인간을 구성하는 복합세포가 단순한 미생물로부터 진화했는지에 대해 새로운 이해를 가능하게 해준다.

(2015년 5월 6일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 웁살라 대학

 

‘로키’ 가 발견된 해양퇴적물과 가까운 곳에 있는 북극 중앙해령 열수분출구의 사진.  이 열수분출구는 노르웨이 베르겐 대학의 지구생물학 센터의 연구자들이 발견했다. Credit: Centre for Geobiology (University of Bergen, Norway) by R.B. Pedersen

‘로키’ 가 발견된 해양퇴적물과 가까운 곳에 있는 북극 중앙해령 열수분출구의 사진.  이 열수분출구는 노르웨이 베르겐 대학의 지구생물학 센터의 연구자들이 발견했다. Credit: Centre for Geobiology (University of Bergen, Norway) by R.B. Pedersen

이번주 네이처에 발표된 새로운 논문에서 스웨덴 웁살라 대학의 연구팀은 복잡한 생명체 진화의 잃어버린 고리를 대표하는 새로운 미생물의 발견에 대해 보고하고 있다. 이번 연구는 수십억년 전에 어떻게 식물과 균류, 그리고 동물과 인간을 구성하는 복합세포가 단순한 미생물로부터 진화했는지에 대해 새로운 이해를 가능하게 해준다.

세포는 지구 상의 모든 생명체의 몸을 구성하는 기본적인 요소이다. 박테리아와 기타 미생물들의 세포는 작고 단순한 반면에 인간을 포함해 눈에 띄는 모든 생명체들은 일반적으로 크고 복잡한 종류의 세포로 구성되어 있다. 이 복합세포의 기원은 오랫동안 과학계의 수수께끼였으나 이번에 스웨덴 웁살라 대학의 과학자들이 단순한 세포에서 복합세포로 넘어가는 진화 과정의 잃어버린 고리를 대표할 수 있는 새로운 미생물 그룹을 발견했다.

1970년대에 유명한 생물학자인 칼 워스(Carl Woese)는 완전히 새로운 종류의 미생물, 즉 고세균류(Archaea)를 발견하고 이것이 생명의 나무에서 완전히 별개의 가지를 나타낸다는 것을 보였다. 당시 과학계는 이 발견으로 충격에 빠졌다. 고세균류의 세포가 박테리아처럼 단순하고 작지만 연구자들은 고세균류가 복합세포를 가진 생명체, 우리가 ‘진핵생물’ 이라고 부르는 그룹과 더 가까운 관계라는 것을 알아냈다. 이 사실은 과학자들으 수십년 간 혼란스럽게 했다. 고세균류의 단순한 세포로부터 어떻게 진핵생물들의 복합세포들이 만들어질 수 있었을까?

이번주에 발행된 네이처에서 스웨덴 웁살라 대학의 연구자들은 노르웨이 베르겐 대학 및 오스트리아 비엔나 대학의 공동연구자들과 함께 고세균류의 새로운 그룹인 로키아르카이오타 (줄여서 ‘로키’) 를 발견하였으며 이것이 진핵생물 기원의 잃어버린 고리라고 발표하였다.

“진핵세포의 기원이라는 퍼즐은 아주 복잡합니다. 찾지 못한 조각들이 아직 많죠. 로키를 발견함으로써 이 퍼즐을 맞추는 데 필요한 조각을 몇 개 더 찾아내기를 바라긴 했지만 첫번째 분석결과를 보고 우리도 우리 눈을 믿을 수가 없었습니다. 그야말로 눈이 부신 결과였습니다.” 연구팀을 이끈 웁살라 대학 세포분자생물학과의 티스 에테마의 말이다.

“로키의 유전체를 연구하면서 이것이 미생물의 단순한 세포와 진핵생물의 복합세포의 중간형태라는 것을 알아냈습니다.” 티스 에테마의 말이다.

생명의 나무에서 로키의 자리를 찾아내자 이것이 더욱 확실해졌다.

“우리 분석결과에 따르면 로키는 진핵생물과 함께 확실한 그룹을 형성합니다.” 웁살라 대학의 이번 연구에 참여한 선임과학자 리오넬 기의 말이다.

“거기에 더해서 로키가 진핵생물하고만 공유하고 있는 유전자가 많다는 것도 알게 되었습니다. 진핵생물 진화의 초기 단계에서 세포의 복잡성이 출현했다는 이야기가 되죠.” 웁살라 대학 세포분자생물학과의 연구자이면서 이번 논문의 주저자 중 한 명인 안자 스팡의 말이다.

로키아르카이오타라는 이름은 로키가 발견된 곳 주위의 열악한 환경을 가리키는 것이다. 로키의 성(Loki’s Castle) 이라고 불리는 이 열수분출구는 그린랜드와 노르웨이 사이의 대서양 중앙해령, 깊이 2,352m 의 바다속에 위치하고 있다.

“열수분출구는 해저에 위치한 화산계입니다. 로키가 위치한 곳은 화산활동에 크게 영향을 받지만 온도는 상당히 낮은 편입니다.” 로키가 발견된 곳에서 시료를 채취하는 작업에 참여한 노르웨이 베르겐 대학의 스테펜 요르겐센의 말이다.

“극단적인 환경에는 알려지지 않은 미생물이 많은 것이 일반적입니다. 미생물계의 암흑 물질이라고 부르곤 하죠.” 웁살라 대학 세포분자생물학과의 연구자이면서 이번 논문의 공동주저자인 지미 소의 말이다.

새로운 유전체 기술을 이용해 미생물계의 암흑 물질을 탐험함으로써 티스 에테마와 연구팀은 복합세포가 어떻게 진화했는지에 대한 실마리를 더 많이 찾기를 바라고 있다.

“어떻게 보자면 이제 겨우 시작입니다. 발견해야 할 것이 아직도 많이 있으니까요. 머지 않아서 생물학 교과서를 더 자주 개정해야만 할 거라고 확신합니다.” 티스 에테마의 말이다.

참고문헌

Anja Spang, Jimmy H. Saw, Steffen L. Jørgensen, Katarzyna Zaremba-Niedzwiedzka, Joran Martijn, Anders E. Lind, Roel van Eijk, Christa Schleper, Lionel Guy, Thijs J. G. Ettema. Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes. Nature, 2015; DOI: 10.1038/nature14447

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카테고리:번역, 기타생물, 사이언스 데일리, 생물학, 현생

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